正弦电压有效值测量电路设计

摘要

当今世界在以电子信息技术为前提下推动了社会跨跃式的进步，科学技术的飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。由此可见科技已成为各国竞争的核心，尤其是电子信息技术更显得尤为重要，在国民生产各部门电子信息技术得到了广泛的应用。

《电子技术基础》是电子、自动控制、通信与信息最为重要的技术基础，而且工程性、实践性非常强，它所涉及的基本理论起到相当大的作用。

随着科学技术的迅速发展，电路设计工业正经历着一场重要的变革。目前，集成电路的设计正朝着速度快、性能高、容量大、体积小和微功耗的方向发展。在这种情况下，计算机辅助设计已成为不可逆转的潮流，它具有节省人力和物力等优点，因此目前得到了非常广泛的应用。

Protel DXP软件系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的CAD电路集成设计系统，它是世界上第一套EDA环境引入到Windows环境的EDA开发工具，具有高度的集成性和可扩展性。

本设计就是利用Protel DXP 进行原理图设计、PCB布局布线、进行电路仿真测试。通过本设计充分了解到Protel DXP的特点并且充分掌握了Protel DXP的设计系统的基础知识。

关键词：运算放大器，二极管，反馈。

目录

摘要.................................................................II 第1章绪论. (1)

1.1设计目的 (1)

1.2任务要求 (1)

第2章正弦电压有效值测量电路的设计 (2)

2.1方案论证 (2)

2.1.1元件列表 2

2.1.2正弦电压有效值测量电路的原理 (2)

2.1.3运算放大器 2 第3章正弦电压有效值测量电路的PCB设计 (5)

3.1PCB版图的生成原理与要求 (8)

3.2PCB版图的生成 (8)

3.3PCB版图的调试 (9)

结论 (10)

致谢 (11)

参考文献： (12)

第1章绪论

1.1设计目的

1 通过对正弦电压有效值测量电路的设计，掌握电路的工作原理和设计方法。

2 通过实验了解由集成功率放大器的内部电路及工作原理，了解外围电路主要元件

的作用以及典型应用电路。

3 通过实验了解由集成运算放大器和阻容元件组成有源滤波器的基本知识。

1.2任务要求

1 复习集成运算放大器、有源滤波电路及功率放大电路的相关知识，了解静态与动

态的调试方法。

2 根据设计任务与要求，确定各级的电压放大倍数和各单元电路的相关设计方案，并确定电路中各元件的参数值。

3 使用Protel软件，画出电路原理图，根据电路原理图生成PCB版图。

第2章正弦电压有效值测量电路设计

2.1方案论证

Protel 软件系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的CAD电路集成设计系统，它是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境的EDA开发工具，具有高度的集成性和可扩展性。自从1991年Protel Technology公司发布了世界上第一个基于 Windows操作平台上的PCB系统软件包、高级原理图系统设计软件以及与其他工具平台的接口以来，Protel软件系统几乎是广大电路设计人员的首选电路设计软件，成为了当今电子工业界影响最大、用户最多、应用最为广泛的一款电路设计软件。仿真的手段是建立模型。即使用计算机软件Protel，将设计的电路图做成计算机可以识别的形式，电路图电器连接是否正确，通过仿真电路中个元件的电流、电压和功率状态来模拟所设计电路的工作状态和各个元件在实际电路中是否发挥了设计中所设定的任务，对整个电路进行系统分析。最后制出PCB电路板。

随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。

2.1.1元件列表

2.1.2正弦电压有效值测量电路的原理

积分运算和微分运算互为逆运算。在自控系统中，常用积分和微分电路作为调节环节；此外，他们还广泛应用于波形的产生和变换，以及仪器仪表之中。以集成运放作为放大电路，利用电阻和电容作为反馈网络，可以实现这两种运算电路。

积分运算电路

由于集成运放的通向输入端通过r接地，up=un=0，为虚地。

电路中，电容C中电流等于电阻R中的电流

Ic=Ir=U/R

输出电压与电容的关系为U0=-Uc

运算放大器的作用是将前级电路送来的微弱电信号进行放大，从而推动扬声器完成电信号—声信号的转换过程。要求功率放大器的输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小。运算放大电路的输出电压和输出电流幅度值均很大，功放管特性的非线性不可忽略，所以在分析功放电路时，不能采用仅适用于小信号的交流等效电路法，而采用图解法。此外，由于功放的输入信号较大，输出波形容易产生非线性失真，电路中应采用适当方法改善。运算放大电路的电路形式很多，本实验采用电路简单、工作稳定的集成功率放大器LM386。它是电源电压范围非常宽，在4-12V之间，最高可使用到15V。

LM386的消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时时，在8Ω的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50KΩ。若在1脚、8脚之间接一电容，电路的增益可达200倍。若将1脚、8脚开路，则放大器的负反馈最强，电路的增益为20倍。因此，在1脚、8脚之间电位器和电容，调节电位器，则集成功效放的电压增益可在20-200之间任意调整。电路中输出信号经电容接入同相输入端3脚，反向输入端二脚接地，故构成单输入方式。由于采用单电源工作，故须将输出端5脚通过大容量电容220μV输出，以构成OTL电路。10Ω和0.047μF构成扬声器补偿网络，可吸收扬声器的反电动势，用以抵消扬声器线圈抵消电感在高频时产生的不良影响，改变功率放大电路的高频特性和防止高频自激，4脚为接地端接地端，6脚以及其它的电容为正电源端和电源滤波电容，滤波电容可将低电源高频阻抗，防止电路高频自激，其目的是 LM386工作稳定。6脚接旁路电容，大容量电容220μF还可以隔直接耦合输出。

第3章正弦电压有效值测量电路的软件设计

3.1 PCB版图的生成原理与要求

Protel是目前国内流行的通用EDA软件，它是将电路原理图计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。这里我用它来生成我要的PCB板图。在Protel环境中，首先画出差分放大电路的原理图，然后再根据原理图对各个元件进行封装，封装后进行仿真生成PCB板图。（1）印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。

（2）同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用这样“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。

下面是生成PCB板图的原理图：

生成PCB板图的电

3.2PCB版图的生成

一般对原理图生成PCB时，会有很多错误，我这次也不例外，所以我进行多次的修改直到没有错误后，再次对它进行仿真，终于生成了PCB板图，下面是生（正面和反面）：

PCB板图的

3D PCB板图

3.3 PCB版图的调试

（1）布线方向：组件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修

（2）各组件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。（3）电阻，二极管的放置方式：分为平放与竖放两种：平放：当电路组件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好；对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸，1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸；二极管平放时，1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取4～5/10英寸。竖放：当电路组件数较多，而且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用竖放，竖放时两个焊盘的间距一般取1～2/10英寸。（4）相关联的两引线端不要距离太大，一般为2～3/10英寸左右较合适。进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散

（5）设计布线图时要注意管脚排列顺序，组件脚间距要合理。

（6）在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺充要求走线，力求直观，便于安装，高度和检修。

（7）设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。

（8）布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚。（9）设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行。

结论

通过此次综合实践，我们深深体会到“理论与实际的差距”，“理想不等于现实”的意义。让我们对所学的专业有了大概的了解。大三上半学期的我们虽然学了电子线路和模拟数字理论，但是，由于缺乏实践知识所以在设计过程中出现了这样那样的问题，，所以很难联想到设计出什么，参考相关的材料后联系所学过的相关知识，让我们更深刻的体会到将理想变为实际的困难。学好知识才是关键

本次设计的声光双控节电灯设计与仿真的基本实现了预期设定的电路仿真的要求。得到了预期成果。

在硬件电路的设计方面，完成了声光双控节电灯的各个基本电路和功能电路的设计，并对抢答原理和电路的调试进行了深入的研究和了解。增长了我们的构建和检测电路的知识。在电路仿真阶段，将设计的电路图做成计算机可以识别的形式，通过protel 检查来检验电路图电器连接是否正确，通过仿真电路中个元件的电流、电压和功率状态来模拟所设计电路的工作状态和各个元件在实际电路中是否发挥了设计中所设定的任务，对整个电路进行系统分析。

通过此次综合实践，基本掌握了protelDXP电路设计软件的应用和功能，理论联系实际，增强了动手实践能力。

致谢

感谢刘文礼和张劲松老师在本次设计中给予的指导。在此次设计过程中我也学到了许多了关于模拟电路方面的知识，实验技能有了很大的提高。通过这次对语音信号放大器电路的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于语音信号放大器电路的原理与设计理念。

埋头苦干的过程是苦涩的，在书山中查找资料的过程是疲倦的，但当课程设计完成时，那感觉是甜蜜的，没有耕耘，哪来得收获的喜悦，不懂付出怎么能知道回报的快乐，一分耕耘一分收获，有付出才会有回报，就在这样的痛与快乐的交换中，我学到了知识。

这次综合实践让我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际能力。让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

参考文献：

[1] 施金鸿，陈光明．电子技术基础实验与综合实践教程．北京：北京航空航天大学出版社.2006

[2] 康华光．电子技术基础-模拟部分．北京：高等教育出版社．2000.

[3] 邱万义．电子技术基础操作．北京：电子工业出版社．2004.

[4] 延明，张亦华，肖冰。数字逻辑设计实验与EDA技术[M]北京：北京邮电大学

出版社。

[5] 电子基础教学实验中心，电子技术基础实验[M].成都：四川大学出版社。

[6] 电子技术基础实验及综合设计，王振红、张常年：机械工业出版社。